大空間建筑空調(diào)設(shè)計(jì)概述

1、大空間建筑空調(diào)設(shè)計(jì)概述摘要： 本文概述了大空間建筑空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的負(fù)荷特性、空調(diào)風(fēng)量和換氣次數(shù)、空調(diào)方式和氣流組織及有關(guān) 問(wèn)題 ，并對(duì)空調(diào)的冷熱源和節(jié)能問(wèn)題進(jìn)行了闡述。 關(guān)鍵詞： 大空間 負(fù)荷特性 氣流組織 空調(diào)方式 節(jié)能 前言 ： 20世紀(jì)以來(lái)，隨著人類(lèi)生存和 發(fā)展 的需求，各國(guó)競(jìng)相建造了規(guī)模宏大的公共建筑電影院、劇場(chǎng)、 體育 館、展覽館、空港航站樓、高層建筑內(nèi)的中庭等的建筑內(nèi)的建造越來(lái)越引起人們的興趣和關(guān)注。為了充分發(fā)揮這些建筑的功能，創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的環(huán)境，暖通空調(diào)技術(shù)必須也要不斷的進(jìn)步。傳統(tǒng)的大空間建筑體型結(jié)構(gòu)、功能變化較少，工程上已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。 現(xiàn)代 的大空間建筑造型奇特，尺寸龐大，依靠

2、傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)難以滿足各方面的要求，需要借助 計(jì)算 機(jī)的模擬來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)。下面對(duì)大空間建筑的空調(diào)設(shè)計(jì)做一簡(jiǎn)要概述。一、大空間建筑的特征 （1）大空間高度高。這是形成溫度梯度的主要原因。（2）大空間的外墻面積與地板面積之比大（圖1）。這形成了外界界面對(duì)室內(nèi)空間的 自然 對(duì)流 影響 很大，冬季易在四周造成下降氣流。（3）居留區(qū)人均占有空間體積大（圖1）。從衛(wèi)生角度看是良好的，可采用較小的換氣次數(shù)。（4）多功能的使用要求。要求空調(diào)滿足多環(huán)境，控制靈活二、負(fù)荷特性 各種大空間建筑的符合因素所占的比例并不一樣。圖2表示了它們之間的差別。三、空調(diào)風(fēng)量和換氣次數(shù) 空調(diào)風(fēng)量的確定因素可按：1.冷熱負(fù)荷的處理要求

3、；2.室內(nèi)清潔度的保持；3.換氣次數(shù)的確保；4.滿足法規(guī)的要求。1、2、3三者是通過(guò)常規(guī)計(jì)算可確定，但3項(xiàng)有時(shí)缺少實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)作依據(jù)。對(duì)于常規(guī)的電影院、會(huì)堂，人均容積比較一致。通過(guò)室內(nèi)負(fù)荷計(jì)算及送風(fēng)溫差所得的人均風(fēng)量是相似的，相應(yīng)的換氣次數(shù)一般在46次/之間，但對(duì)于體型復(fù)雜、空間大小不規(guī)則、居留密度偏高的場(chǎng)合，這些指標(biāo)不一定能套用。例如對(duì)于體育建筑的情況，其換氣次數(shù)最大為4.5次/，最小為1.2次/。這是由于：1.這類(lèi)建筑體積龐大，賽場(chǎng)內(nèi)人數(shù)少；2.設(shè)計(jì)對(duì)負(fù)荷的處理和計(jì)算考慮不同，因而有計(jì)算確定的換氣次數(shù)有較大的區(qū)別。但只要采取有效的氣流組織，即使換氣次數(shù)小，亦能滿足空調(diào)的要求。四、空調(diào)方式、氣

4、流組織及有關(guān)問(wèn)題 1空調(diào)方式和氣流組織對(duì)室內(nèi)環(huán)境和負(fù)荷的影響。空調(diào)采用不同的空調(diào)形式或氣流組織對(duì)室內(nèi)溫度的垂直方向的分布有很大的影響（如圖3所示）。另外，空調(diào)送回風(fēng)方式對(duì)負(fù)荷率也有很大的影響（如圖4所示，宮川保之的 研究 ），因此在設(shè)計(jì)中氣流組織與負(fù)荷計(jì)算是相互聯(lián)系的。2居留區(qū)（工作區(qū)）空調(diào)和誘導(dǎo)通風(fēng)的 應(yīng)用 。對(duì)于一般的電影院、會(huì)場(chǎng)等的空調(diào)和氣流組織，由于高度有限，一般都采用全面空調(diào)方式，輔以比較常規(guī)的氣流組織形式。但高大空間室內(nèi)溫度分層現(xiàn)象非常嚴(yán)重。實(shí)踐證明，可以在不同的場(chǎng)合采用不同的分層空調(diào)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)居留區(qū)（工作區(qū)）空調(diào)的基本原則是：（1）供冷時(shí)，冷風(fēng)只送到工作區(qū)。此外利用室外空氣或

5、回風(fēng)以分隔形成上部非空調(diào)房間，或用于滿足消防排煙之需。（2）在供暖時(shí)，送風(fēng)溫差宜小，且應(yīng)送到工作區(qū)。有條件時(shí)與輻射供暖結(jié)合。采取這些措施后，空調(diào)負(fù)荷可減少30%40%。采用誘導(dǎo)方式（誘導(dǎo)封口的誘導(dǎo)比和為45倍），從而可使上下溫度分布均勻。對(duì)大空間空調(diào)來(lái)說(shuō)，最重要的是氣流的控制。3大空間送風(fēng)方式的總體選擇。不同性質(zhì)的公共建筑和人員停留情況，整體考慮的送風(fēng)方式有下面的原則：對(duì)長(zhǎng)時(shí)間停留且對(duì)舒適要求高的場(chǎng)合，如劇場(chǎng)觀眾廳、宗教教堂、大教室等無(wú)論規(guī)模大小都適宜采用頂棚噴口；對(duì)長(zhǎng)時(shí)間停留但對(duì)舒適要求不太高的場(chǎng)合，如體育館、室內(nèi)棒球場(chǎng)、大工場(chǎng)，適宜采用頂棚噴口和橫向噴口；對(duì)短時(shí)間停留的場(chǎng)合，如空港大廳、門(mén)

6、廳等，則不適宜采用頂棚散流器和向上送風(fēng)的方式。4各類(lèi)建筑的具體措施。（1）劇場(chǎng)、 音樂(lè) 廳、會(huì)場(chǎng) 1.總體來(lái)講，均采用低速風(fēng)道全空氣方式。為調(diào)節(jié)負(fù)荷，也有采用變風(fēng)量調(diào)節(jié)方式的。從室內(nèi)空氣分布來(lái)看，有稀釋型和置換型。傳統(tǒng)的上送下回方式屬稀釋型，均勻的下送上回方式屬置換型。負(fù)荷強(qiáng)度大者建議采用置換方式。2.氣流組織形式：上送下回，側(cè)送下回，后部噴口送風(fēng)，下送上回。以上發(fā)生均用采用，一般是幾種方式綜合 應(yīng)用 。3.用合理的系統(tǒng)分區(qū)來(lái)保證場(chǎng)內(nèi)溫度分布的均勻性。一般觀眾廳根據(jù)平面和垂直方向可分為35個(gè)區(qū)。根據(jù)廳內(nèi)存在溫度梯度的特性，采用多臺(tái)AHU或在系統(tǒng)支路上設(shè)調(diào)溫裝置，以控制送風(fēng)裝置。4.合理設(shè)計(jì)舞臺(tái)

7、空調(diào)系統(tǒng)?？稍谖枧_(tái)兩側(cè)天橋下安裝送風(fēng)管，向下、向側(cè)臺(tái)送風(fēng)?？稍谇疤鞓蛳略O(shè)送風(fēng)管，向下送風(fēng)，直達(dá)表演區(qū)，或采用球形旋轉(zhuǎn)風(fēng)口從舞臺(tái)兩側(cè)向中央送風(fēng)。也可沿幕間設(shè)扁高型風(fēng)管向下送風(fēng)。另外，舞臺(tái)必須設(shè)立獨(dú)立的送回風(fēng)系統(tǒng)，以便調(diào)節(jié)壓力。（2） 體育 比賽管及多功能大廳 1.滿足居留區(qū)域空調(diào)：可采用側(cè)送射流覆蓋觀眾席，相當(dāng)于局部空調(diào)的坐席空調(diào)在大型體育館中也用應(yīng)用。從節(jié)能出發(fā)，對(duì)于超大型比賽場(chǎng)地，在賽場(chǎng)內(nèi)不一定設(shè)空調(diào)系統(tǒng)。對(duì)于比賽場(chǎng)地有嚴(yán)格要求的，可利用賽場(chǎng)周邊的看臺(tái)向場(chǎng)內(nèi)送風(fēng)。2.氣流組織手法：變更送風(fēng)方向，以滿足所需的射流軌跡，適應(yīng)冬季和夏季的不同要求。變更送風(fēng)口的數(shù)量和位置，以控制相應(yīng)的空調(diào)區(qū)域。3.

8、利用可感氣流。從節(jié)能和熱舒適兩者矛盾的統(tǒng)一出發(fā)，大型的體育場(chǎng)內(nèi)可利用加強(qiáng)場(chǎng)內(nèi)氣流速度來(lái)滿足舒適性的要求，這時(shí)夏季可適當(dāng)提高室內(nèi)的溫度。3.高速?lài)娏飨到y(tǒng)。為防止在大空間形成嚴(yán)重的溫度梯度。造成熱空氣在上部的滯留，近幾年來(lái)多功能大廳、體育館采用系統(tǒng)的或單體式誘導(dǎo)噴口特別廣泛。（3）中庭 1.封閉式中庭：中庭內(nèi)的溫度波動(dòng)較小，一般能處于舒適溫度區(qū)，即處于零耗能帶。可只考慮排風(fēng)（夏季）和地面輻射采暖（冬季），不一定設(shè)空調(diào)系統(tǒng)。也可在中庭的下部根據(jù)實(shí)際的負(fù)荷設(shè)置空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)，用水平送風(fēng)來(lái)隔斷上下層空調(diào)。2.開(kāi)啟式中庭：通常在低層部位用空調(diào)送風(fēng)直接控制，也有在活動(dòng)中心直接設(shè)置與建筑相協(xié)調(diào)的空調(diào)送風(fēng)裝置和在

9、各層中庭界面上設(shè)送風(fēng)口的。由于中庭的體型各不相同，所處地點(diǎn)和氣候不同，功能亦有區(qū)別，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)事先進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)和 計(jì)算 機(jī)模擬計(jì)算。關(guān)于膜構(gòu)造體育建筑、游泳比賽館、人工冰場(chǎng)、空港旅客大廳的空調(diào)因其特殊性，有專(zhuān)門(mén)的 文獻(xiàn) 介紹，這里由于篇幅的限制就不一一闡述了。五、大空間建筑的空調(diào)冷熱源 常規(guī)的冷熱源，電力型或熱力型（如燃?xì)猓┑膲嚎s式制冷機(jī)（或熱泵）、吸收式制冷機(jī)、直燃式冷熱水機(jī)組均可用于大空間建筑。從供冷供熱的角度出發(fā)應(yīng)該考慮：當(dāng)所在地區(qū)已有足夠規(guī)模的區(qū)域供冷供熱設(shè)施時(shí)，可利用其裝置提供冷熱量；在供冷供熱的基本方式上應(yīng)盡可能采用熱泵和蓄冷蓄熱技術(shù)；在有些場(chǎng)合燃?xì)鈾C(jī)熱泵也是十分合理的能源方式。

10、此外能源的復(fù)合化復(fù)合能源的應(yīng)用也是值得注意的傾向。使用兩種能源，如電力和燃?xì)猓ɑ蛴停谝欢ǔ潭壬喜粌H可實(shí)現(xiàn)城市供能中電力與燃?xì)夥骞戎g的平衡，而且在能源價(jià)格可選擇的場(chǎng)合下，對(duì)運(yùn)行費(fèi)用可以有調(diào)劑作用。六、大空間建筑節(jié)能 80年代的大空間建筑在節(jié)能 問(wèn)題 上只要著眼于節(jié)約能源和對(duì)舒適性方面的關(guān)心。進(jìn)入90年代以后，除了以上的考慮外，更加關(guān)注空調(diào)建筑物對(duì)地球環(huán)境的 影響 。應(yīng)充分利用 自然 能（太陽(yáng)、風(fēng)、雨、土等），以便最大限度的節(jié)約能源和資源，并減低對(duì)環(huán)境的負(fù)荷。傳統(tǒng)的行之有效的利用能源的手段對(duì)大空間建筑物仍然是適用的。在空調(diào)方面減少設(shè)計(jì)負(fù)荷（建筑設(shè)計(jì)上配合），采用居留區(qū)空調(diào)，合理確定送風(fēng)量和新

11、風(fēng)量，減低空氣和水的輸送能耗、利用新風(fēng)供冷、合理的能源組合、選用高效率的制冷設(shè)備和空氣末端裝置、蓄冷和低位熱源的利用等，都是重要的節(jié)能措施。在有條件的情況下，下面的 方法 可以采用：（1）建筑采用覆土埋入式將體育館做成下沉式，即半地下化，周?chē)惨酝翆?，在隔聲、保溫、提高建筑物穩(wěn)定性方面十分有利。（2）利用自然通風(fēng)對(duì)于沒(méi)有環(huán)境噪聲干擾的大空間建筑，最大限度地利用自然通風(fēng)改善室內(nèi)環(huán)境和節(jié)約能量消耗是最為合理的?，F(xiàn)今屋頂可開(kāi)閉式大型體育館徹底實(shí)現(xiàn)了這一要求。（3）土壤熱的利用體育館占地面積大，利用其地下的土壤作為蓄熱材料蓄熱十分有利。例如在進(jìn)廳地面下埋設(shè)盤(pán)管，利用夜間由廉價(jià)電力制冷（熱）水，由盤(pán)管將

12、熱量蓄在土層，白天取出供空調(diào)用，同時(shí)由于地下蓄熱，使地板起輻射供冷（熱）的作用。此外，為了減低新風(fēng)負(fù)荷，將新風(fēng)流經(jīng)專(zhuān)用的配管溝道進(jìn)行預(yù)冷或預(yù)熱，間接利用了土壤的熱量（土壤與空氣換熱）。七、其他問(wèn)題 （1）系統(tǒng)劃分問(wèn)題系統(tǒng)劃分原則：1. 大空間建筑風(fēng)量龐大，從平面上看，應(yīng)根據(jù)方位、面積，分區(qū)組織空調(diào)系統(tǒng)，一般中大型體育館均作分區(qū)。2. 在以上的基礎(chǔ)上，根據(jù)上下溫度均勻性的要求，多功能使用的可能性，工作時(shí)間的差別予以劃分系統(tǒng)。3. 根據(jù)具體情況也可把系統(tǒng)細(xì)分化，這樣不出現(xiàn)大風(fēng)道，但水系統(tǒng)較復(fù)雜。（2）空氣處理問(wèn)題1. 國(guó)外70年代起空氣處理箱中均采用表面換熱器，一般設(shè)再熱器和加濕器。2. 應(yīng)重視空

13、氣過(guò)濾問(wèn)題。3. 新風(fēng)與排風(fēng)之間設(shè)全熱換熱器回收能量：這是減少冷熱裝置負(fù)荷的重要措施，既減小裝置容量，節(jié)約初投資，有可降低運(yùn)行費(fèi)用。4. 直接根據(jù)人員的多少控制進(jìn)入系統(tǒng)的新風(fēng)量5. 對(duì)于干熱地區(qū)，根據(jù)氣象條件的 分析 ，有些大空間建筑可采用經(jīng)直接蒸發(fā)或間接蒸發(fā)冷卻器的全新風(fēng)空氣處理系統(tǒng)。（3）新風(fēng)預(yù)處理方式1. 新風(fēng)用深井水冷卻后再與回風(fēng)混合，有很好的 經(jīng)濟(jì) 性，與空氣處理后的井水用作制冷機(jī)冷凝器的冷卻水，可以改善制冷機(jī)的工況，當(dāng)井水應(yīng)用受限制時(shí)，不可行。2. 根據(jù)影劇院潛熱負(fù)荷大、新風(fēng)比大、空調(diào)制冷除濕負(fù)荷大的特點(diǎn)，美國(guó)有些地區(qū)采用對(duì)新風(fēng)預(yù)除濕處理，然后混合回風(fēng)再經(jīng)空氣冷卻處理。結(jié)束語(yǔ) ： 隨著 社會(huì) 的進(jìn)步，人民對(duì)生活質(zhì)量的追求，除物質(zhì)生活之外，對(duì)精神、文化、體育方面的情趣有了越來(lái)越高的要求，為此人們期盼著有更多的功能合理的質(zhì)量上乘的環(huán)境舒適的公共活動(dòng)空間的建設(shè)。對(duì)于這些空間的環(huán)境設(shè)備也要求在健康、舒適、能源有效利用和地球環(huán)境保護(hù)方面有新的創(chuàng)造。同時(shí)作為大空間建筑的功能各